锂离子电池由于其能量密度高、功率密度高以及循环寿命长而被用作汽车动力电池。然而,在锂电池的应用中,依然存在着一些问题。比如当锂离子电池受外力而过度变形或电池本身温度过高时,都会导致电池发生膨胀甚至起火爆炸。因此,锂电池的相关应用以及使用安全性成为了人们关注的焦点和研究的重点。本文设计了一种新的电池模块结构来组成汽车动力电池包。比起其他电池模块结构,这种结构的设计基于蜂窝结构并使用加强骨架来增加结构的强度。而且,这种结构能够更好地保护内部的电池,提高电池包的安全性。在整个设计过程中,本文根据电池平面压缩试验得到的数据,采用参数反求算法来获得电池的材料参数,构建电池有限元模型;同时,由于电池模块有限元模型计算成本过高,本文采用空间映射算法来优化模块结构。结果显示,电池优化后的应力大小以及应力分布都得到了显著改善,并且比起传统的优化算法,计算成本显著下降。本文提出了一种针对变形电池的等效电路模型,并且将形变量作为参数导入模型中,使得电池模型的参数与电池荷电状态、电池表面温度以及电池形变量有关。之后,根据变形电池脉冲放电试验获得的数据,采用差分进化算法反求模型参数,并利用从脉冲充电试验和其他形变量下的脉冲放电试验中获得的数据对模型参数进行验证。结果显示,当电池严重变形但未失效时,电池容量急剧下降,但仍然能够进行充放电。最重要的是,建立的新的等效电路模型能够准确地预测变形电池和完好电池的电响应。利用得到的电池模块有限元模型、热模型和等效电路模型,本文建立了电池模块变形时的多场耦合模型。由于此前的等效电路模型参数与电池形变位移有关,而电池往往不是单向压缩变形,因此,本文建立了电池压缩时等效塑性应变与形变位移之间的对应关系,使模型参数与电池应变相关,并通过电池多向变形试验验证了位移与应变的变换成立以及等效电路模型在电池多向变形时适用。由于电池模块计算成本过高,本文先计算单电池的电-力-热耦合模型。结果表明,在电池压缩变形时,恒流放电的电池温度变化极小。因此,忽略电池模块压缩时的温度变化,对变形后继续放电的电池模块进行热仿真。结果显示在自然对流条件下,电池模块内电池温度温差较大并且电池最高温度较高。为此,本文对电池模块进行强制对流散热。最终,散热后电池模块内的温差以及电池最高温度都有了显著的改善。